- 電流對(duì)白光LED光學(xué)特性的影響
- 對(duì)色坐標(biāo)的影響
- 對(duì)色溫的影響
- 對(duì)主波長的影響
- 對(duì)光通量的影響
目前,LED光學(xué)參數(shù)的測量方法在國內(nèi)外還處在探討之中,LED是一種電致發(fā)光器件,當(dāng)電子與空穴發(fā)生輻射復(fù)合時(shí),能量以光子形式發(fā)出,所以注入電流對(duì)LED發(fā)光的光學(xué)特性有直接影響。
1、對(duì)色坐標(biāo)的影響
現(xiàn)在LED的發(fā)光顏色越來越豐富,LED的色坐標(biāo)參數(shù)是LED重要的物理參數(shù)之一,隨著注入電流的增加,器件出光的色坐標(biāo)在一定程度上減小,如圖1所示。
圖1色坐標(biāo)隨電流的變化
2、對(duì)色溫的影響
當(dāng)一絕對(duì)黑體加熱時(shí),發(fā)出光的顏色與被測試光源光色相近時(shí),該黑體的溫度稱為光源的相關(guān)色溫。就目前最常采用的實(shí)現(xiàn)白光的方案而言,當(dāng)涂覆的$熒光粉較多時(shí),出射的白光光譜中藍(lán)光成分較少,器件色溫較低;當(dāng)$熒光粉較少時(shí),出射的白光光譜中藍(lán)光成分較多,色溫較高。
圖2相關(guān)色溫與正向電流的關(guān)系
從圖2中可以看出,隨著器件的驅(qū)動(dòng)電流增加,功率型白光LED的色溫從100mA電流時(shí)的5636K增加到350mA電流時(shí)的5734K。這是因?yàn)椋娏骷哟蠛?,芯片發(fā)出的藍(lán)光增多,熒光粉層的厚度是一定的,則在出射的白光中藍(lán)光成份增加,從而使器件的色溫增加。
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3、對(duì)主波長的影響
在CIE1931色度圖中,由標(biāo)準(zhǔn)白光點(diǎn)E(0.333,0.333)與測得的色坐標(biāo)點(diǎn)連接并延伸,與380~760nm的光譜軌跡相交,交點(diǎn)所在處的波長即為該色坐標(biāo)點(diǎn)的主波長。
隨著電流增加,器件出光的主波長在減小,這是因?yàn)殡娏髟黾?,色坐?biāo)減小,標(biāo)準(zhǔn)白光點(diǎn)和色坐標(biāo)點(diǎn)的連線的延長線與380~760nm的光譜軌跡相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長值變小。
圖3主波長與電流的關(guān)系曲線
圖4光通量與電流的關(guān)系曲線
4、對(duì)光通量的影響
發(fā)光二極管在調(diào)節(jié)光通量方面具有一定的優(yōu)勢,器件的光通量隨著電流增加而增加,在100mA~250mA,光通量增加率為126.2%;從250mA~350mA時(shí),電流的增加輻度較小且呈非線性增加,增加率為30.4%。PN結(jié)是發(fā)光二極管的核心部分,電流增加后,注入到發(fā)光區(qū)的電子和空穴數(shù)量增加,發(fā)生輻射復(fù)合的數(shù)量也會(huì)增加,器件的光通量增加。但當(dāng)注入電流繼續(xù)增加到某一值時(shí),光通量輸出不再增加,趨于飽和。
圖5電流對(duì)發(fā)光效率的影響
5、對(duì)發(fā)光效率的影響
當(dāng)電流增加時(shí),注入發(fā)光區(qū)的電子發(fā)生非輻射復(fù)合的幾率變大,使器件的內(nèi)量子效率降低,同時(shí),由于電流增加導(dǎo)致器件的溫度升高,使熒光粉的量子效率降低并進(jìn)一步增加了非輻射復(fù)合的幾率。在圖5中,由于驅(qū)動(dòng)電流在正常的工作電流內(nèi),器件的發(fā)光效率雖有一定的降低,但變化的幅度并不大。
6、對(duì)峰值波長的影響
在LED發(fā)光譜中,最高峰對(duì)應(yīng)的波長稱為LED的峰值波長。在測試峰值波長時(shí),都是點(diǎn)亮1分鐘后才開始測試的,這是由于同時(shí)考慮了時(shí)間和電流的影響,長時(shí)間加熱導(dǎo)致了峰值波長向長波方向偏移,而電流的增加使峰值波長向短波方向偏移。藍(lán)光LED器件都是以GaN基制成的,GaN基發(fā)光器件穩(wěn)定性較好,在熱平衡時(shí),不同的電流,器件發(fā)光峰位置幾乎不變。
7、對(duì)顯色指數(shù)的影響
顯色指數(shù)(Ra)也是白色照明光源的一個(gè)重要指標(biāo),它是用來測量光源照到被照射物體上面,還原被照射物體所有顏色能力的指標(biāo),作為照明用的光源要求顯色指數(shù)越高越好,一般要求80以上,國際照明委員會(huì)(CIE)推薦的參考光源是Planck黑體輻射體,日常生活中的白熾燈的顯色指數(shù)接近100。
圖6電流對(duì)顯色指數(shù)的影響
由于藍(lán)光LED與$熒光粉組成的白光系統(tǒng),其光譜中缺少紅光成分,顯色指數(shù)還不理想,這也是目前業(yè)界研究的重點(diǎn)課題。顯色指數(shù)與光譜成分有關(guān),電流增加但并不影響出光的光譜的分布,所以器件的顯色指數(shù)幾乎沒有變化。
8、小結(jié)
LED是一種電致發(fā)光器件,器件發(fā)光的各光學(xué)參數(shù)與流過器件的電流有直接的關(guān)系。隨著電流的增加,功率型白光LED的色溫會(huì)有一定的升高,色坐標(biāo)(x,y)小,光通量增加但發(fā)光效率降低。作為照明用的功率型白光LED的主要技術(shù)指標(biāo)隨電的變化而變化,但變化幅度不大,基本保持穩(wěn)定,另外白光LED具有節(jié)能、長壽命和無污染等優(yōu)點(diǎn),所以白光LED是下一代照明光源的理想選擇。